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常用熱處理工藝

發(fā)布時(shí)間:2025-03-19

 第一部分:基礎(chǔ)知識(shí)介紹     

鋼的熱處理分普通熱處理(退火、正火、淬火和回火)、表面熱處理(表面淬火:火焰淬火、感應(yīng)淬火;化學(xué)熱處理:滲碳、滲氮、碳氮共滲等)。熱處理工藝一般分為加熱、保溫和冷卻三個(gè)步驟。      

退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度,保持一定時(shí)間,然后緩慢冷卻(一般隨爐冷卻)的熱處理工藝。退火工藝降低零件硬度,提高塑性和韌性,消除內(nèi)應(yīng)力。      

正火是將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上保溫,使其完全轉(zhuǎn)化為奧氏體,在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火工藝能細(xì)化晶粒,均勻組織,消除內(nèi)應(yīng)力。      

淬火是將鋼加熱到組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以上,保溫一定時(shí)間,以大于臨界冷卻速度快速冷卻的熱處理工藝。淬火工藝是提高零件硬度和強(qiáng)度,增加耐磨性。      

回火是指將淬火后的鋼,在織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的臨界溫度以下加熱,保溫一定時(shí)間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。回火分低溫回火、中溫回火和高溫回火,回火溫度分別為150~250℃、250~500℃、500~600℃。回火工藝能降低鋼的內(nèi)應(yīng)力,隨著回火溫度的提高,強(qiáng)度和硬度下降,塑性和韌性提高。      

表面淬火是指通過火焰加熱和感應(yīng)加熱鋼表面而進(jìn)行的熱處理工藝,一般用于中碳鋼,原理見下簡圖:


      化學(xué)熱處理是指將鋼放入一定溫度的活性介質(zhì)中保溫,使一種或多種元素滲入鋼的表面,以改變其表層化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。最常見的是滲碳和滲氮。     

化學(xué)熱處理和表面淬火是表面熱處理最主要的兩種工藝,都是為了表面硬度高,提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度;芯部硬度低,有較好的塑性和韌性。     

 第二部分:工具鋼零件常用的熱處理工藝     

電動(dòng)工具上鋼零件一般不標(biāo)硬度時(shí),表示零件不需做熱處理,一般只有原材料的調(diào)質(zhì)硬度,而熱處理最常見的工藝是整體淬火回火、滲碳淬火回火工藝和高頻感應(yīng)淬火回火工藝。      

整體淬火回火熱處理工藝,一般用于中碳鋼或高碳鋼。整體淬火回火零件表面一般存在拉應(yīng)力,與變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加,易發(fā)生斷裂。以下為常用材料的常見整體淬火回火工藝,由于熱處理工藝制約因素很多,下表僅供對比參考。     

還有一些控制變形或者提升金相組織等級(jí)的整體淬火工藝,如真空整體淬火、鹽浴淬火等,在一些特定的場合也有很好的應(yīng)用。      滲碳淬火回火熱處理工藝,一般用于低碳鋼,常用材料有20Cr、20CrMo、20CrMnTi、20CrNiMo等。滲碳淬火回火零件表面一般存在壓應(yīng)力,與變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵消,減緩斷裂,因此,一般滲碳淬火回火零件抗疲勞性優(yōu)于整體淬火回火零件。      滲碳淬火回火工藝一般是活性介質(zhì)在一定溫度下進(jìn)行化學(xué)分解,析出活性碳原子。例如在氣體滲碳中,煤油充當(dāng)活性介質(zhì),在高溫?zé)岱纸鈺r(shí)產(chǎn)生甲烷,分解出活性碳原子。碳原子的濃度決定了爐內(nèi)的碳勢。保溫時(shí)間由滲碳層深決定。如下圖為典型滲碳淬火回火的工藝路線。      滲氮也是一樣的原理,氨氣充當(dāng)活性介質(zhì),在高溫?zé)岱纸獬龌钚缘?。滲氮的作用可以提高表層硬度,增加耐磨性,提高抗疲勞性;微觀上是細(xì)化晶粒,釋放應(yīng)力。有些時(shí)候滲碳和滲氮是同時(shí)進(jìn)行的,即碳氮共滲。     

滲碳淬火零件需要的檢驗(yàn)項(xiàng)有表面硬度、芯部硬度、硬化層層深(通常以HV550為臨界點(diǎn))以及金相(金相依據(jù)不同需求,制定不同標(biāo)準(zhǔn)。包含表層碳化物、馬氏體及殘余奧氏體情況;芯部馬氏體、鐵素體情況)。在實(shí)踐中,大家關(guān)注硬度更多一些,常會(huì)忽視金相組織對強(qiáng)度的影響。      

高頻感應(yīng)淬火回火是感應(yīng)淬火回火的一種,是通過感應(yīng)線圈加熱+循環(huán)水冷卻的熱處理工藝。感應(yīng)淬火回火分高頻感應(yīng)淬火回火、中頻感應(yīng)淬火回火、工頻感應(yīng)淬火回火,對應(yīng)頻率和淬硬層深分別為:高頻(200~300KHz,層深0.5~2.5mm)、中頻(0.5~10KHz,層深2~10mm)、工頻(50Hz;層深10~20mm)。它工藝簡單,效率高,表面硬度高,但通常變形量大,用于普通精度零部件的熱處理。下圖為熱處理設(shè)備原理圖。
      綜上,在電動(dòng)工具零件中,熱處理除了上述幾種之外,還有一些應(yīng)用不那么廣泛的熱處理工藝,如固溶處理、時(shí)效處理、激光熱處理等。那么在實(shí)際應(yīng)用中,需要結(jié)合性能需求,來選擇合適的材料和熱處理工藝,換句話說,材料選好了,熱處理工藝也就基本定了。熱處理是一個(gè)很復(fù)雜的工藝過程,不同廠家設(shè)備和工藝水平相差甚遠(yuǎn),選擇一個(gè)好的熱處理廠,就是事半功倍。

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